CN103062053B - 异速旋叶压缩机 - Google Patents

Abstract

异速旋叶压缩机由外壳(1)、旋转柱体(2)、旋转叶片(3)、轴(4)、密封柱体(5)等零件组成。外壳(1)为圆环柱体，旋转柱体(2)组成外壁面为圆柱面的旋转件，嵌于外壳(1)内孔中。相邻旋转柱体之间嵌有密封柱体(5)和旋转叶片(3)，其中一片旋转叶片通过键与轴(4)联结，其他旋转叶片绕轴(4)并可相对轴(4)转动。外壳(1)的内壁圆柱面、旋转柱体(2)的外壁圆柱面、旋转叶片(3)的主侧面、旋转叶片(3)与旋转柱体(2)之间的间隙面、外壳端盖(7)的壁面围成压缩机的工作腔。工作腔随叶片旋转而旋转，旋转时其容积不断发生变化，利用该变化可吸入、压缩和排出工作介质。异速旋叶压缩机结构简单、所有工作面为平面或圆柱面、易加工、压缩比高，可应用于制冷、空调、内燃发动机等领域，具有较广泛的应用价值。

Description

异速旋叶压缩机

技术领域

本发明提出的异速旋叶压缩机可用于空调、制冷、低温、化工生产等工业与民用领域，其结构稍微改造也能应用于内燃发动机，具有较广泛的应用前景。

背景技术

压缩机应用广泛，种类很多，常见的有叶片旋转压缩机、斜扳活塞压缩机、涡旋压缩机、螺杆压缩机、往复活塞压缩机、离心压缩机等。前三种压缩机结构简单，多用于小型机领域，其中结构最简单的涡旋缩机因叶片形状复杂，加工困难；叶片旋转压缩机低速性能差；斜扳活塞压缩机进气量小，这些小型压缩机压缩比普遍不高。往复活塞压缩机压缩比虽然能达到很高的数值，但结构复杂笨重。

本发明提出的异速旋叶压缩机与传统叶片旋转压缩机一样也属于叶片式旋转压缩机，但两者结构差异很大，传统叶片旋转压缩机的叶片绕压缩机外壳内壁面的偏心线旋转，各叶片转速相同，叶片在离心力作用下紧贴内壁面，从而密封其间的间隙。异速旋叶压缩机的叶片绕内壁面的中心线旋转，各叶片转速不同，旋转时叶片外侧面依靠结构特点与内壁面始终配合接触。它具有以下优点：工作面为圆柱面和平面，易制造加工；零件个数少，结构简单；密封可靠，低速性能良好；理论上压缩比只与结构有关，可根据需要进行任意设计。

发明内容

异速旋叶压缩机结构见图1、图2、图3。其中图1是压缩机主视图，图2是压缩机主视图中A-A剖面剖视图，图3是压缩机去掉端盖、轴承、及轴承座后的轴测图。为能更清楚描述压缩机结构，主视图去掉了一片旋转叶片，并且所有视图没有绘制螺栓、螺母、螺钉、螺纹垫圈、密封环、润滑油通道、密封槽等小零件和结构。

如图1所示，压缩机由外壳1、旋转柱体2、旋转叶片3、轴4、密封柱体5、键6、外壳端盖7、旋转轴承座8、轴承座9、轴承座端盖10、驱动轴轴承11、旋转柱体轴承12、以及图中没有绘制的螺栓、螺母、螺钉、螺纹垫圈、密封环等零件组成。其中外壳1由端面的两个圆环盘及中间的圆环柱体三部分结构组成，圆环盘端面的孔与外壳端盖7的孔用于螺栓联结，圆环盘内径和圆环柱体的内径相等，中心线重合，并与轴4中心线重合。圆环盘的端面为平面，是外壳1的端面，与其中心线垂直。这里特别指出，本文中的中心线是指曲面为圆柱曲面的中心线，圆柱面为完整或非完整的广义圆柱面；分属不同零件的圆柱面中心线重合是指在装配位置时两零件圆柱配合面的中心线重合。零件的曲面(平面)为纯几何曲面(平面)，曲面(平面)上没有开密封槽、润滑油道、键槽等结构，没有制造公差，同一零件的曲面(平面)与曲面(平面)之间、曲面(平面)与平面之间也没有过渡面。

如图2所示，外壳1的内壁面、旋转柱体2的外壁面、旋转柱体2的小段外侧圆柱面、旋转叶片3的主侧面、密封柱体5的小段侧圆柱面及其外侧面、外壳端盖7的壁面围成压缩机的工作腔。其中旋转柱体2的小段外侧圆柱面是指不与密封柱体5配合接触且靠近旋转柱体外壁面的小段外侧圆柱面，密封柱体5的小段侧圆柱面是指与旋转柱体2脱离配合接触并且面向外壳1内壁面的小段侧圆柱面，这两类小面与密封柱体5的外侧面一起组成旋转叶片3和旋转柱体2之间的间隙面。

外壳1的内壁面为圆柱面，其中心线与轴4的中心线重合，与旋转柱体2外壁圆柱面的中心线平行偏距。

旋转柱体2与旋转轴承座8组成一中部带空隙的旋转部件，该空隙嵌有旋转叶片3，旋转叶片两边为密封柱体5。其中一片旋转叶片通过键与轴4联结，相对轴4静止，与轴4一起转动，为随轴旋转叶片，其他旋转叶片绕轴4并相对轴4转动，为自由旋转叶片，各旋转叶片的转速不相等。旋转叶片3与旋转柱体2之间的间隙用密封柱体5密封，密封柱体5和旋转叶片3以平面配合，和旋转柱体2的外侧圆柱面以圆柱面配合。同样这里也特别指出本文中的两零件以圆柱面配合是指两零件的配合面为圆柱面，圆柱面半径相等，中心线重合；两零件以平面配合是指两零件的配合面为平面且重合。

旋转叶片的结构见图4和图5，它由薄板和圆环柱体两部分结构组成，中间为粗梁联结件。薄板的外侧面与外壳1内壁圆柱面配合，为圆柱面，其中心线与圆环柱体的中心线重合，外侧面也可简化为与外壳1内壁圆柱面有微小配合间隙的平面，该平面与外壳1内壁圆柱面的中心线平行；薄板的端面为平面，与外壳端盖7的壁面配合；薄板的主侧面为平面，与密封柱体5的侧平面配合，且两个主侧面互相平行。薄板的外侧面、端面、主侧面也称为旋转叶片的外侧面、端面、主侧面。

旋转叶片的圆环柱体的顶面和底面为平面，与圆环柱体的中心线垂直。圆环柱体的中心线与轴4的中心线重合，位于旋转叶片两主侧面的中心面上，其内壁圆柱面与轴4的外侧圆柱面配合。不同旋转叶片的圆环柱体与薄板的相对位置不同，与轴4配合时其顶面与底面沿轴4轴向首尾连接，见图6。

所有旋转叶片无相对轴4的轴向运动，用轴4的轴肩或套筒进行轴向定位。

旋转柱体2为柱体结构，其断面结构见图7和图8，在图7中，曲线1为圆弧，与其对应的扫描面为旋转柱体2的外壁圆柱面；曲线2为圆弧，与其对应的扫描面为内壁圆柱面；曲线3为内凹圆弧，与其对应的扫描面为外侧圆柱面；曲线4为线段，与其对应的扫描平面为内侧面。旋转柱体2的顶面和底面为平面，是旋转柱体的端面。旋转柱体的内外壁圆柱面的中心线重合，并且和外侧圆柱面的中心线以及内侧面平行，外侧圆柱面的中心线始终位于旋转叶片两主侧面的中心面上。如果相邻旋转柱体尺寸完全相同，互相面对的两外侧圆柱面的半径相等，中心线重合，且始终位于旋转叶片两主侧面的中心面上。

密封柱体5用于密封旋转柱体2与旋转叶片之间的间隙，为柱体结构，其断面见图2，它的一个侧面为圆柱面，其他侧面均为平面，底面和顶面也为平面，且垂直于侧圆柱面的中心线。密封柱体5的侧圆柱面与旋转柱体2的外侧圆柱面配合，其中心线相对旋转柱体2固定不动，并且始终位于旋转叶片两主侧面的中心面上。密封柱体的侧面与侧圆柱面相对，与旋转叶片的主侧面配合。密封柱体的外侧面位于侧面与侧圆柱面之间并且面向外壳1的内壁圆柱面，与侧圆柱面的中心线平行。压缩机工作时密封柱体5旋转，其侧圆柱面的一小段旋转过程中会与旋转柱体2脱离配合，并直接面向外壳1的内壁圆柱面，与其外侧面、以及一小段旋转柱体的外侧圆柱面组成旋转叶片与旋转柱体之间的间隙面。

旋转轴承座8的结构见图9和图10，它由凸台、圆环薄板、轴承支撑圆环柱体三部分结构组成，凸台和轴承支撑圆环柱体分别位于圆环薄板两侧。在图9中，面1为平面，是旋转轴承座8的凸台侧面；面2为平面，是圆环薄板底面；面3为圆柱面，是凸台外壁面；与其相对的内壁面也为圆柱面。旋转轴承座8的凸台一般沿周向等间距分布，由圆环柱体剖切产生。凸台外壁圆柱面的中心线与圆环薄板的中心线、轴承支撑圆环柱体的中心线重合，与轴4的中心线平行偏距。

旋转轴承座8和旋转柱体2装配时，其凸台外壁圆柱面与旋转柱体2的内壁圆柱面配合，凸台侧面与旋转柱体2的内侧面配合。旋转轴承座8的圆环薄板底面与旋转柱体2的端面以及旋转叶片3的端面配合。旋转轴承座8和旋转柱体2的装配图见图11，装配后的分解图见图12。

旋转轴承座8的轴承支撑圆环柱体为内壁带轴肩的薄厚度圆环柱体，该圆环柱体的外壁圆柱面半径与圆环薄板外圆柱面半径、旋转柱体2的外壁圆柱面半径相等。内壁面上的轴肩用于对旋转柱体轴承12的外圈进行轴向定位，内壁面与轴承12外圈配合。旋转柱体轴承12的外圈转动，内圈和固定轴承座9过盈配合，在压缩机工作时固定不动。

轴承座9由旋转柱体轴承12内圈支撑圆环柱体、圆环薄板、驱动轴轴承11外圈支撑圆环柱体三部分结构组成，其结构见图13和图14。其中圆环薄板为基体，旋转柱体轴承12的内圈支撑圆环柱体和驱动轴轴承11的外圈支撑圆环柱体分别位于圆环薄板两侧，前者为一外壁带轴肩的薄厚度圆环柱体，用于支撑与旋转柱体2配合的轴承，其中心线与旋转柱体2外壁圆柱面的中心线重合，后者为一外壁带螺纹孔基体的圆环柱体，用于支撑与轴4配合的轴承，其中心线与轴4的中心线重合，两中心线平行且偏距。

外壳端盖7的结构见图15，由带内圆柱孔的圆板和外壁带螺纹孔基体的圆环柱体两部分结构组成，圆板的中心线与外壳1内壁圆柱面的中心线重合，它的底面为平面，是外壳端盖7的壁面，与外壳1的端面配合。外壳端盖7的内孔壁面为圆柱面，与旋转轴承座8的轴承支撑圆环柱体的外壁圆柱面配合，其中心线与外壳1内壁圆柱面的中心线平行，与旋转柱体2内壁圆柱面的中心线重合。

轴承座端盖10的结构见图16，它与轴承座9联结，并通过轴承座9与外壳端盖7和外壳1联结，用于固定驱动轴轴承11的外圈。

压缩机工作时，首先由外力驱动轴4旋转，轴4通过键6驱动与其联结的随轴旋转叶片旋转，随轴旋转叶片驱动旋转柱体2及旋转轴承座8旋转，旋转柱体2通过密封柱5驱动其他自由旋转叶片绕轴4旋转。压缩机的工作腔随叶片的旋转而旋转，旋转时旋转柱体2的外壁圆柱面与压缩机外壳1的内壁圆柱面的距离不断发生变化，相邻旋转叶片的夹角也不断发生变化，使压缩机工作腔的容积跟着变化，利用该变化可实现介质的吸入、压缩和排出。

附图说明

图1为压缩机主视图

图2为压缩机主视图A-A剖面的剖视图

图3为去除端盖轴承后压缩机的轴测图

图4为与轴4联结的随轴旋转叶片图

图5为自由旋转叶片图

图6为旋转叶片、密封柱体与轴4的装配图

图7为旋转柱体2断面图

图8为旋转柱体2轴测图

图9为旋转轴承座8的凸台一侧结构图

图10为旋转轴承座8的轴承支撑一侧结构图

图11为旋转轴承座8与旋转柱体2的装配图

图12为旋转轴承座8与旋转柱体2的装配分解图

图13为固定轴承座9的旋转柱体轴承12支撑一侧结构图

图14为固定轴承座9的驱动轴轴承11支撑一侧结构图

图15为压缩机外壳端盖7的结构图

图16为压缩机轴承座端盖10的结构图

图17为压缩机外观图

具体实施方式

异速旋叶压缩机主要零部件有：外壳1、旋转柱体2、旋转叶片3、轴4、密封柱体5、键6、外壳端盖7、旋转轴承座8、轴承座9、轴承座端盖10、驱动轴轴承11、旋转柱体轴承12及螺栓、螺母、螺钉、密封环等零件。其中轴承、螺栓、螺母和螺钉为标准件，其他编号从1～10的零件为本发明提出的特有零件，结构分别见图4～图16，压缩机的整体装配视图见图1、图2，结构图见图3和图17。注意这些图中的零件表面均为理论几何轮廓面，表面没有开油槽或密封槽。实际制造时应考虑制造公差的影响，使配合面之间有微小间隙，以保证零件运动时零件之间不出现运动干涉现象。

由于零件配合面之间存在摩擦，通常需要在零件配合面上开设润滑油道、密封槽、并在油槽之间嵌入密封环。对本压缩机而言，需要在以下配合面采取润滑密封措施，它们分别是：外壳1的内壁面与旋转叶片3的外侧面；外壳端盖7的壁面与旋转叶片3的端面；旋转柱体2的外侧圆柱面与密封柱体5的侧圆柱面；旋转叶片的主侧面与密封柱体5的侧平面；密封柱体5的端面与旋转轴承座8凸台底面；旋转轴承座8的轴承支撑圆环柱体的外壁面与外壳端盖7的内孔壁面；这些配合面之间的密封润滑采取如下措施：

(1)在旋转叶片的外侧面开设两条与轴4中心线平行的密封槽，同时将该密封槽平行延长到旋转叶片的端面上，在槽内嵌密封环。

(2)在密封柱体5的四周开两条环绕四周的密封槽，密封槽与其侧圆柱面中心线平行，并在槽内嵌密封环。密封槽的位置应合适，以保证叶片旋转时位于密封柱体5侧圆柱面处的那段密封环始终能与旋转柱体2的外侧圆柱面接触。

(3)在旋转轴承8的轴承支撑圆环柱的外壁圆柱面上且靠近外壳端盖7壁面处开设两条密封槽，密封槽与外壳端盖7壁面平行，在槽内嵌密封环。

润滑油通道则如下设置：在外壳端盖7的圆环柱体上开进油孔，外部润滑油经该孔流至旋转轴承8轴承支撑圆环柱体的外壁圆柱面，该面上的密封环可保证润滑油不外泄，进入此环内间隙的润滑油一分两路，一路经轴承支撑圆环柱内的孔道进入旋转叶片外侧面密封环内间隙，另一路经另一个孔进入密封柱体5的密封环内间隙。旋转叶片外侧面密封环内间隙的润滑油则经叶片内的油道流至轴4表面。

按上述要求分别设计加工零件1～10，并按图2设置压缩机进排气通道，然后依次装配旋转叶片3、轴4、旋转柱体2、旋转轴承座8、旋转柱体轴承12、外壳1、外壳端盖7、轴承座9、驱动轴轴承11、轴承座端盖10，以及配合面上的密封环，即可得到如图17所示的异速旋叶压缩机。

如果需要该压缩机工作，只需驱动轴4旋转即可。

Claims (3)

1.一种异速旋叶压缩机，其由外壳(1)、旋转柱体(2)、旋转叶片(3)、驱动轴(4)、密封柱体(5)、键(6)、外壳端盖(7)、旋转驱动轴承座(8)、驱动轴承座(9)、驱动轴承座端盖(10)、驱动轴驱动轴承(11)、旋转柱体驱动轴承(12)、以及螺栓、螺母、螺钉、螺纹垫圈、密封环组成；

其中外壳(1)由两端的圆环盘及中部的圆环柱体三部分结构组成，圆环盘端面与外壳端盖(7)用螺栓联结，圆环盘内径和圆环柱体的内径相等，且中心线重合，且与驱动轴(4)的中心线重合，圆环盘的端面为平面，是外壳(1)的端面，与圆环盘中心线垂直；

旋转柱体(2)的外壁圆柱面的中心线与内壁圆柱面的中心线重合，与驱动轴(4)的中心线平行偏距，旋转柱体(2)和旋转驱动轴承座(8)组成一中部带空隙的旋转部件，该空隙嵌有旋转叶片(3)，其中一片旋转叶片通过键(6)与驱动轴(4)联结，随驱动轴(4)转动，为随驱动轴旋转叶片，其他旋转叶片绕驱动轴(4)并相对驱动轴(4)自由转动，为自由旋转叶片，且各旋转叶片的转速不相同；旋转叶片(3)与旋转柱体(2)之间的间隙用密封柱体(5)密封，密封柱体(5)和旋转叶片(3)以平面配合，密封柱体(5)和旋转柱体(2)的外侧圆柱面以圆柱面配合；

压缩机的工作腔由外壳(1)的内壁圆柱面、旋转柱体(2)的外壁圆柱面、旋转柱体(2)的小段外侧圆柱面、旋转叶片(3)的主侧面、密封柱体(5)的小段侧圆柱面及其外侧面、外壳端盖(7)的壁面围成，其中旋转柱体(2)的小段外侧圆柱面是指不与密封柱体(5)配合接触的外侧圆柱面，该小段外侧圆柱面靠近旋转柱体(2)的外壁圆柱面；密封柱体(5)的小段侧圆柱面是指与旋转柱体(2)脱离配合接触的侧圆柱面，该小段侧圆柱面面向外壳(1)内壁面，旋转柱体(2)的小段外侧圆柱面、密封柱体(5)的小段侧圆柱面与密封柱体(5)的外侧面一起组成旋转叶片(3)和旋转柱体(2)之间的间隙面；

压缩机工作时，外力驱动驱动轴(4)旋转，驱动轴(4)通过键(6)驱动与其联结的随驱动轴旋转叶片，随驱动轴旋转叶片通过密封柱体(5)驱动旋转柱体(2)及旋转驱动轴承座(8)旋转，旋转柱体(2)通过密封柱体(5)驱动自由旋转叶片绕驱动轴(4)旋转，进而迫使压缩机的工作腔也跟着一起旋转，工作腔旋转时其容积不断发生变化，利用该变化可实现介质的吸入、压缩和排出。

2.如权利要求1所述的压缩机，外壳(1)的内壁圆柱面的中心线与驱动轴(4)的中心线重合；旋转柱体(2)置于外壳(1)的内孔中，其旋转中心线与旋转柱体(2)的外壁圆柱面的中心线重合，位置相对外壳(1)固定不动，与外壳(1)的内壁圆柱面的中心线平行偏距；其中旋转叶片绕驱动轴(4)的中心线旋转，各旋转叶片没有沿驱动轴(4)的轴向运动。

3.如权利要求1所述的压缩机，旋转叶片(3)由薄板和圆环柱体两部分结构组成，中间为粗梁联结件体；薄板的外侧面为圆柱面，与外壳(1)的内壁圆柱面配合，薄板的外侧面的中心线与圆环柱体的中心线重合；或者薄板的外侧面为与外壳(1)内壁圆柱面有微小配合间隙的平面，该平面与圆环柱体的中心线平行；薄板的端面为平面，与外壳端盖(7)的壁面配合；薄板的主侧面为平面，与密封柱体(5)的外侧面配合，薄板的两个主侧面互相平行；旋转叶片(3)的圆环柱体的内壁圆柱面与驱动轴(4)的侧圆柱面配合，圆环柱体的顶面与底面为平面，且垂直于圆环柱体的中心线，该中心线在压缩机工作时始终位于旋转叶片的薄板的两主侧面的中心面上。